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DE102009008047A1 - Upper switchable power semiconductor switch's trigger circuit power supply device for voltage source inverter, has timing relay including positive connection connected to input connection of undervoltage monitoring unit - Google Patents

Upper switchable power semiconductor switch's trigger circuit power supply device for voltage source inverter, has timing relay including positive connection connected to input connection of undervoltage monitoring unit Download PDF

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DE102009008047A1
DE102009008047A1 DE200910008047 DE102009008047A DE102009008047A1 DE 102009008047 A1 DE102009008047 A1 DE 102009008047A1 DE 200910008047 DE200910008047 DE 200910008047 DE 102009008047 A DE102009008047 A DE 102009008047A DE 102009008047 A1 DE102009008047 A1 DE 102009008047A1
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resistor
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connection
timer
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Benno Dr. Weis
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Abstract

The device has a storage capacitor (C1) including a positive connection (30) connected to a positive output connection (32) of a voltage source using a resistor (R1) and a decoupling diode (D1). Another decoupling diode (D2) is electrically connected in series to the capacitor. A parallel circuit of a capacitor (C3) and a resistor (R2) forms a timing relay (38) and is electrically connected in parallel to the series connection. A positive connection (44) of the timing relay is connected to an input connection of an undervoltage monitoring unit (40) of a trigger circuit (20).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ansteuerung eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.The The invention relates to a device for power supply a control of a fundamental frequency clocked network-side converter a voltage source inverter according to the preamble of claim 1 or 2.

Aus der Veröffentlichung ”Fundamental Frequency Front End Converter (F3E) – a DC-link drive converter without eletrolytic capacitor” von Kurt Göpfrich, Dr. Carsten Rebbereh und Dr. Lothar Sack, PCIM 2003, Nürnberg, Mai 2003 , ist ein Antriebs-Umrichter bekannt, der netzseitig einen ungesteuerten Gleichrichter und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter aufweist. Beide Stromrichter sind gleichspannungsseitig direkt elektrisch parallel geschaltet. D. h., im sogenannten Gleichspannungszwischenkreis ist weder ein Zwischenkreiskondensator noch eine Zwischenkreisdrossel angeordnet. Jeder Diode des netzseitigen Gleichrichters ist ein elektronisch steuerbarer Schalter, insbesondere ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), elektrisch parallel geschaltet. Zwischen den Netzanschlüssen und den Eingangs-Anschlüssen des netzseitigen Stromrichters ist ein Filterkreis, bestehend aus Filterdrosseln und Filterkondensatoren, angeordnet. Für die Generierung von Steuersignalen für diese elektronisch steuerbaren Schalter ist eine Komparatorschaltung vorgesehen, die eingangsseitig mit den speisenden Netz verknüpft ist. Beispielsweise ist eine Komparatorschaltung und deren Funktion in der DE 199 13 634 A1 ausführlich behandelt.From the publication "Fundamental Frequency Front End Converter (F3E) - a DC-link drive converter without eletrolytic capacitor" by Kurt Göpfrich, Dr. med. Carsten Rebbereh and dr. Lothar Sack, PCIM 2003, Nuremberg, May 2003 , a drive converter is known, the network side has an uncontrolled rectifier and the load side a self-commutated pulse converter. Both converters are connected directly in parallel on the DC side. In other words, in the so-called DC voltage intermediate circuit, neither a DC link capacitor nor a DC link choke is arranged. Each diode of the network-side rectifier is an electronically controllable switch, in particular an insulated gate bipolar transistor (IGBT), electrically connected in parallel. Between the network connections and the input terminals of the network-side converter, a filter circuit consisting of filter chokes and filter capacitors is arranged. For the generation of control signals for these electronically controllable switches, a comparator circuit is provided which is linked on the input side with the feeding network. For example, a comparator circuit and its function in the DE 199 13 634 A1 treated in detail.

Ein derartiger Spannungszwischenkreis-Umrichter mit einem grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichter ist rückspeisefähig. Für einen grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichter besteht grundsätzlich die Anforderung, alle Ansteuerpulse unabhängig von einer aktuellen Netzspannung durch einen externen Befehl einer Umrichtersteuerung abschalten zu können. Diese Abschaltung ist in einigen Störfällen des Umrichters, beispielsweise bei motorseitigem Erdschluss, erforderlich, um unzulässige Kurzschlussströme aus dem speisenden Netz des Spannungszwischenkreis-Umrichters zu verhindern.One Such voltage source inverter with a fundamental frequency Switched line-side converter is regenerative. For a fundamental frequency clocked power supply converter exists basically the request, all drive pulses independent from an actual mains voltage by an external command To switch off inverter control. This shutdown is in some incidents of the inverter, for example with motor-side ground fault, necessary to avoid impermissible Short-circuit currents from the supply network of the voltage source inverter to prevent.

Die Ansteuerschaltung oberer abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter eines grundfrequenz getakteten Stromrichters werden beispielsweise aus einem eigenen Schaltnetzteil versorgt. Dieses Schaltnetzteil liefert ständig Energie. Die Primärseite dieses Schaltnetzteils liegt auf dem gleichen Potential wie eine Fehlererkennung. Bei einem Fehler werden die Ansteuerpulse dieses Schaltnetzteils gesperrt. Auf der Sekundärseite dieses Schaltnetzteils ist nur ein Pufferkondensator mit geringem Speicherwert notwendig, da ständig Energie nachgeliefert wird. Wird die Energie zuvor unterbrochen, sinkt die Spannung am Pufferkondensator rapide ab. Diese Spannungsverringerung wird mittels einer Unterspannungsüberwachung, die beispielsweise Bestandteil einer Ansteuerschaltung ist, ermittelt. Sobald eine vorbestimmte Unterspannung erreicht worden ist, werden die Pulse für die oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter des grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters gesperrt. Nachteil dieser Spannungsversorgung besteht darin, dass ein separates Schaltnetzteil benötigt wird. Dieses zusätzliche Schaltnetzteil verursacht Kosten und beansprucht im Stromrichter bzw. Umrichter einen ausreichenden Platz.The Control circuit upper turn-off power semiconductor switch a fundamental frequency clocked power converter, for example supplied from its own switching power supply. This switching power supply constantly supplies energy. The primary side of this Switching power supply is at the same potential as an error detection. In case of an error, the drive pulses of this switching power supply blocked. On the secondary side of this switching power supply if only one buffer capacitor with low memory value is necessary, because energy is constantly replenished. Will the energy previously interrupted, the voltage on the buffer capacitor drops rapidly from. This voltage reduction is achieved by means of undervoltage monitoring, which is, for example, part of a drive circuit determined. Once a predetermined undervoltage has been reached, be the pulses for the upper turn-off power semiconductor switches the fundamental frequency clocked line-side converter blocked. Disadvantage of this power supply is that a separate Switching power supply is needed. This additional Switching power supply causes costs and claimed in the power converter or inverter sufficient space.

Bei einer weiteren Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung oberer abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters wird eine sogenannte Bootstrap-Schaltung als Spannungsquelle eingesetzt. Diese Bootstrap-Schaltung weist einen Speicherkondensator auf, der regelmäßig nachgeladen werden muss. Die Kapazität dieses Speicherkondensators muss derart bemessen sein, dass für die Zeitspanne einer Netzperiodendauer, insbesondere für eine Zeitspanne, die 2/3 der Netzperiodendauer entspricht, eine am Speicherkondensator anstehende Spannung an nähernd konstant ist. Diese Bootstrap-Schaltung ist besonders kostengünstig.at another power supply of a drive circuit upper switchable power semiconductor switch of a fundamental frequency clocked network-side converter is a so-called bootstrap circuit used as a voltage source. This bootstrap circuit points a storage capacitor on the regularly must be reloaded. The capacity of this storage capacitor must be such that for the period of time Grid period, especially for a period of time 2/3 corresponds to the network period, one at the storage capacitor voltage applied to approaching is constant. This bootstrap circuit is particularly inexpensive.

Nachteilig wirkt sich aus, dass bei einem Fehler, beispielsweise einem motorseitigen Kurzschluss, wegen der großen Kapazität des Speicherkondensators erst nach einer Vielzahl von Netzperiodendauern dieser Speicherkondensator soweit entladen ist, dass die am Speicherkondensator anstehende Spannung eine in einer Unterspannungsüberwachung vorbestimmte Unterspannung unterschritten wird, wodurch die oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter des grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters wegen Unterspannung abgeschaltet werden. Diese Zeitspanne einer Vielzahl von Netzperiodendauern ist aber für den Störfall ”motorseitiger Kurzschluss” zu lang. In dieser Zeit steigt ein fließender Kurzschlussstrom dermaßen an, dass die von diesem Kurzschlussstrom durchflossenen Halbleiterschalter zerstört werden. Unter Umständen kann es zu einem Umrichterbrand kommen.adversely has the effect that in the case of an error, for example an engine-side one Short circuit, because of the large capacity of the storage capacitor only after a large number of network periods this storage capacitor so far discharged that the pending on the storage capacitor Voltage a predetermined in an undervoltage monitoring Undervoltage is undershot, whereby the upper turn-off Power semiconductor switch of the fundamental frequency clocked mains side Power converter can be switched off due to low voltage. This time span a plurality of network period durations but is for the Fault "motor-side short circuit" too long. During this time, a flowing short-circuit current increases to such an extent that the current flowing through this short-circuit current Solid state switches are destroyed. In certain circumstances it can come to a converter fire.

Aus der DE 10 2006 035 861 A1 ist eine Ansteuervorrichtung bekannt, die aus einer Bootstrap-Schaltung versorgt wird. Diese Ansteuervorrichtung, insbesondere in der Ausführungsform gemäß 5, weist ein potentialtrennendes Bauelement, beispielsweise einen Optokoppler, auf. Mittels dieses Optokopplers können im Fehlerfall alle oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters abgeschaltet werden. Voraussetzung ist aber eine Ansteuerschaltung in der Ausführungsform gemäß 5 dieser Offenlegungsschrift. Außerdem wird ein zusätzliches potentialtrennendes Bauelement benötigt, dem ein Fehlersignal zugeführt werden muss.From the DE 10 2006 035 861 A1 a driving device is known, which is supplied from a bootstrap circuit. This drive device, in particular in the embodiment according to 5 has a potential-separating component, for example an optocoupler. By means of this optocoupler all upper turn-off power semiconductor switch a fundamental frequency clocked power supply converter can be switched off in case of failure. However, a prerequisite is a drive circuit in the embodiment according to 5 this publication. In addition, a requires additional potential-separating component to which an error signal must be supplied.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung oberer abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters anzugeben, mit der die zuvor genannten Nachteile nicht mehr auftreten.Of the The invention is based on the object, a device for power supply a drive circuit upper turn-off power semiconductor switch indicate a fundamental frequency switched line-side converter, with the aforementioned disadvantages no longer occur.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.According to the invention This object with the characterizing features of claim 1 or 2 solved.

Dadurch, dass elektrisch parallel zum Speicherkondensator ein Zeitglied geschaltet ist, wird im Fehlerfall nach einer Zeitspanne, die unwesentlich länger ist als eine Netzperiodendauer, in Folge von Unterspannung die oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters abgeschaltet. Damit zwischen den Nachladezyklen zwischen dem Speicherkondensator und dem Kondensator des Zeitgliedes keine Ausgleichsströme fließen können, sind diese beiden Kondensatoren mittels einer Entkopplungsdiode voneinander entkoppelt. Der Vorteil dieser Spannungsversorgung besteht darin, dass eine Bootstrap-Schaltung, die mittels eines Zeitgliedes erweitert worden ist, verwendet werden kann, wobei für eine Abschaltung des netzseitigen Stromrichters keine potentialtrennenden Bauelemente und kein separates Steuersignal mehr benötigt werden.Thereby, that electrically connected in parallel with the storage capacitor, a timer is, in the event of an error after a period of time, the insignificantly longer is as a net period, due to undervoltage the upper Disconnectable power semiconductor switch a fundamental frequency clocked network side Power converter switched off. So between the recharge cycles between the storage capacitor and the capacitor of the timer no Compensation flows can flow are these two capacitors by means of a decoupling diode from each other decoupled. The advantage of this power supply is that a bootstrap circuit that expands by means of a timer has been, can be used, being for a shutdown the line-side converter no potential-separating components and no separate control signal is needed anymore.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Anspruch 1 dadurch, dass anstelle der Entkopplungsdiode ein Transistor verwendet wird. Dieser Transistor ist im Betriebszustand ”Nachladung” leitend, damit der Kondensator des Zeitgliedes parallel zum Speicherkondensator aufgeladen werden kann. Sobald kein Nachladestrom mehr fließt, ist der Transistor gesperrt. D. h., die Parallelschaltung aus Zeitglied und Speicherkondensator ist aufgetrennt. Gegenüber der Ausführungsform gemäß Anspruch 1 ist die verfügbare Spannung am Speicherkondensator um eine Dioden-Durchlassspannung einer Entkopplungsdiode größer.The Embodiment differs according to claim 2 from the embodiment according to claim 1 in that instead of the decoupling diode uses a transistor becomes. This transistor is in the operating state "recharge" conductive, so that the capacitor of the timer parallel to the storage capacitor can be charged. As soon as no recharging current flows, the transistor is blocked. That is, the parallel circuit of timer and storage capacitor is disconnected. Opposite the Embodiment according to claim 1 is the available voltage at the storage capacitor by a diode forward voltage a decoupling diode larger.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung kann die kostengünstige Bootstrap-Schaltung als Spannungsversorgung für die Ansteuerschaltungen der oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters verwendet werden, ohne dass dabei wenigstens ein potentialtrennendes Bauelement und ein separates Steuersignal verwendet werden müssen.By this solution according to the invention can the cost-effective bootstrap circuit as power supply for the drive circuits of the upper turn-off power semiconductor switch a fundamental frequency switched line-side converter used be without at least one potential-separating component and a separate control signal must be used.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.advantageous Embodiments are to be taken from the subclaims.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch veranschaulicht sind.to closer explanation of the invention will be to the Drawing reference, in the two embodiments the device according to the invention schematically are illustrated.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines bekannten Antriebsumrichters ohne Spannungszwischenkreiskondensator, die 1 shows an equivalent circuit diagram of a known drive converter without voltage intermediate circuit capacitor, the

2 zeigt eine bekannte Spannungsversorgung für eine Ansteuerung eines oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters und in der 2 shows a known power supply for driving an upper turn-off power semiconductor switch and in the

3 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht, wobei in der 3 a first embodiment of the device according to the invention is schematically illustrated, wherein in the

4 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt ist. 4 a second embodiment of the device according to the invention is shown.

In der 1 ist ein Ersatzschaltbild eines Antriebsumrichters 2 dargestellt, der aus der PCIM-Veröffentlichung bekannt ist. Dieser bekannte Antriebsumrichter 2 weist netzseitig einen Gleichrichter 4 und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 6 auf. Der Gleichrichter 4 und der lastseitige selbstgeführte Pulsstromrichter 6 sind gleichspannungsseitig direkt miteinander mittels einer positiven und einer negativen Stromschiene 8 und 10 elektrisch leitend verbunden. Im Gleichspannungszwischenkreis sind somit keine Zwischenkreisdrosseln und Zweischenkreiskondensatoren mehr vorhanden. Zwischen den Anschlüssen U, V, W eines nicht näher dargestellten Netzes und den wechselspannungsseitigen Eingangs-Anschlüssen 12, 14 und 16 des Gleichrichters 4 ist ein Filterkreis 18 angeordnet. Dieser Filterkreis 18 weist Filterdrosseln LF und Filterkondensatoren CF auf, wobei diese Filterdrosseln LF jeweils in einer Netzzuleitung und die Filterkondensatoren CF in Dreieck geschaltet sind. Der netzseitige Stromrichter 4 weist für jede Spannungsphase zwei elektrisch in Reihe geschaltete Dioden auf, die derart elektrisch verschaltet sind, dass eine dreiphasige Gleichrichterbrückenschaltung (6-pulsig) entsteht. Elektrisch parallel zu jeder Diode dieses Gleichrichters 4 ist jeweils ein elektronisch steuerbarer Schalter T1, ..., T6 geschaltet. Als elektronisch steuerbarer Schalter T1, ..., T6 sind abschaltbare Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, vorgesehen.In the 1 is an equivalent circuit diagram of a drive inverter 2 shown in the PCIM publication. This known drive converter 2 has a rectifier on the mains side 4 and on the load side, a self-commutated pulse-controlled converter 6 on. The rectifier 4 and the load-side self-commutated pulse-controlled converter 6 are direct voltage side by side with each other by means of a positive and a negative busbar 8th and 10 electrically connected. In the DC voltage intermediate circuit, therefore, there are no more intermediate circuit chokes and two-circuit capacitors. Between the terminals U, V, W of a network, not shown, and the AC-side input terminals 12 . 14 and 16 of the rectifier 4 is a filter circuit 18 arranged. This filter circuit 18 has filter chokes L F and filter capacitors CF, these filter chokes L F are each connected in a network supply line and the filter capacitors CF in delta. The mains side converter 4 has two electrically connected in series diodes for each voltage phase, which are electrically connected so that a three-phase rectifier bridge circuit (6-pulse) is formed. Electrically parallel to each diode of this rectifier 4 is in each case an electronically controllable switch T1, ..., T6 connected. As an electronically controllable switch T1, ..., T6 switchable semiconductor switches, in particular IGBTs are provided.

Diese elektronisch steuerbaren Schalter sind mit ihren Steueranschlüssen gemäß PCIM-Veröffentlichung mit einer Steuereinrichtung verknüpft. Da diese Steuereinrichtung vorwiegend aus Komparatoren aufgebaut ist, wird diese als Komparatorschaltung bezeichnet. Eine Ausführungsform dieser Komparatorschaltung ist der DE 199 13 634 A1 entnehmbar.These electronically controllable switches are linked to their control terminals according to PCIM publication with a control device. Since this control device is composed mainly of comparators, this is referred to as a comparator circuit. An embodiment of this comparator circuit is the DE 199 13 634 A1 removable.

In der 2 ist eine bekannte Spannungsversorgungs-Vorrichtung für eine Ansteuerschaltung 20 eines oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters T1 näher dargestellt. Diese Ansteuerschaltung 20 ist ausgangsseitig mit seinen beiden Ausgängen 22 und 24 mit Steueranschlüssen, beispielsweise einem Gate-Anschluss G und einem Source-Anschluss S, des abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters T1 verknüpft. Eingangsseitig ist zu den beiden Eingangs-Anschlüssen 26 und 28 der Ansteuerschaltung 20 ein Speicherkondensator C1 elektrisch parallel geschaltet. Ein positiver Anschluss 30 dieses Speicherkondensators C1 ist mittels eines Widerstandes R1 und einer Entkopplungsdiode D1 mit einem positiven Ausgangs-Anschluss 32 einer Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Von dieser Spannungsquelle ist aus Übersichtlichkeitsgründen nur der sekundärseitige Pufferkondensator C2 dargestellt. Der negative Ausgangs-Anschluss 34 dieser Spannungsquelle ist mit der negativen Stromschiene 10 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 verknüpft. Elektrisch parallel zu diesen Pufferkondensator C2 ist eine Ansteuerschaltung 36 des unteren abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters T2 geschaltet. Der Aufbau der beiden anderen Phasen dieses netzseitigen Stromrichters 4 entspricht dem in der 2 dargestellten Aufbau. Die Entkopplungsdiode D1 verhindert, dass ein Strom aus dem Speicherkondensator C1 zum Pufferkondensator C2 fließt, insbesondere dann, wenn der zugehörige Leistungshalbleiterschalter T2 gesperrt ist. Der Widerstand R1 begrenzt einen Strom durch die Entkopplungsdiode D1. Dieser Speicherkondensator C1, der auch als Bootstrap-Kondensator bezeichnet wird, wird über die Diode D1 und den Begrenzungswiderstand R1 auf die am Pufferkondensator C2 anstehende Spannung immer dann aufgeladen, wenn der untere abschaltbare Leistungshalbleiterschalter T2 durchgeschaltet ist. Wenn der untere abschaltbare Leistungshalbleiterschalter T2 wieder sperrt, und sich das Potential am Eingangs-Anschluss 12 erhöht, liegt am positiven Anschluss 30 des Speicherkondensators C1 eine Spannung an, die um die am Speicherkondensator C1 abfallende Spannung höher ist als die vom Potential des Eingangs-Anschlusses 12.In the 2 is a known power supply device for a drive circuit 20 an upper turn-off power semiconductor switch T1 shown in more detail. This drive circuit 20 is output side with its two outputs 22 and 24 to control terminals, such as a gate terminal G and a source terminal S, the turn-off power semiconductor switch T1 linked. Input side is to the two input terminals 26 and 28 the drive circuit 20 a storage capacitor C1 electrically connected in parallel. A positive connection 30 this storage capacitor C1 is connected by means of a resistor R1 and a decoupling diode D1 with a positive output terminal 32 a voltage source electrically connected. For reasons of clarity, only the secondary-side buffer capacitor C2 is shown by this voltage source. The negative output connection 34 This voltage source is connected to the negative busbar 10 of the voltage source inverter 2 connected. Electrically parallel to this buffer capacitor C2 is a drive circuit 36 the lower turn-off power semiconductor switch T2 connected. The structure of the other two phases of this network-side converter 4 corresponds to that in the 2 shown construction. The decoupling diode D1 prevents a current from flowing from the storage capacitor C1 to the buffer capacitor C2, in particular when the associated power semiconductor switch T2 is disabled. The resistor R1 limits a current through the decoupling diode D1. This storage capacitor C1, which is also referred to as a bootstrap capacitor, is always charged via the diode D1 and the limiting resistor R1 to the voltage applied to the buffer capacitor C2 when the lower turn-off power semiconductor switch T2 is turned on. When the lower turn-off power semiconductor switch T2 locks again, and the potential at the input terminal 12 increased, is due to the positive connection 30 of the storage capacitor C1 to a voltage which is higher by the voltage drop across the storage capacitor C1 than that of the potential of the input terminal 12 ,

Die Ansteuerschaltungen 20 und 36 können entsprechend einer Ansteuerschaltung der DE 10 2005 045 345 A1 ausgeführt sein. Um im Fehlerfall, beispielsweise einem motorseitigen Erdschluss, diesen netzseitigen Stromrichter abschalten zu können, um einen unzulässigen Kurzschlussstrom aus dem speisenden Netz zu verhindern, muss ein potentialtrennendes Bauelement, beispielsweise ein Optokoppler, für jede Ansteuerschaltung 20 der oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1, T3 und T5 vorgesehen werden. Dadurch kann ein Abschaltbefehl übertragen werden.The drive circuits 20 and 36 can according to a drive circuit of DE 10 2005 045 345 A1 be executed. In order to be able to switch off this network-side converter in the event of a fault, for example a motor-side ground fault, in order to prevent an impermissible short-circuit current from the feeding network, a potential-separating component, for example an optocoupler, must be provided for each drive circuit 20 the upper turn-off power semiconductor switches T1, T3 and T5 are provided. As a result, a shutdown command can be transmitted.

Soll nur noch ein potentialtrennendes Bauelement anstelle von drei potentialtrennende Bauelementen verwendet werden, so müssen die Ansteuerschaltungen der oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1, T3 und T5 gemäß der Ausführungsform der 5 der DE 10 2006 035 861 A1 ausgebildet sein.If only one potential-separating component is to be used instead of three potential-separating components, then the drive circuits of the upper turn-off power semiconductor switches T1, T3 and T5 according to the embodiment of FIG 5 of the DE 10 2006 035 861 A1 be educated.

In der 3 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung 20 des oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters T1 dargestellt. Gegenüber der bekannten Vorrichtung gemäß 2 ist elektrisch parallel zum Speicherkondensator C1 ein Zeitglied 38 geschaltet. Dieses Zeitglied 38 besteht aus einer Parallelschaltung eines Kondensators C3 und eines Widerstandes R2. Dieses Zeitglied 38 ist so bemessen, dass nach einer Zeitspanne einer Netzperiodendauer eine vorbestimmte untere Spannungsschwelle noch nicht erreicht wird. Erfolgt nach dieser Zeitspanne keine Nachladung des Kondensators C3 des Zeitgliedes 38, sinkt die Spannung am Kondensator C3 weiter ab. Diese anstehende Spannung am Kondensator C3 des Zeitgliedes 38 ist einer Unterspannungsüberwachung 40 der Ansteuerschaltung 20 zugeführt. Dazu ist ein positiver Anschluss 44 des Zeitgliedes 38 mit einem Eingang der Unterspannungsüberwachung 40 elektrisch leitend verbunden. Wird eine untere Spannungsschwelle erreicht bzw. unterschritten, wird der abschaltbare Leistungshalbleiterschalter T1 wegen Unterspannung abgeschaltet.In the 3 is a first embodiment of a device according to the invention for supplying power to the drive circuit 20 of the upper turn-off power semiconductor switch T1 shown. Compared to the known device according to 2 is electrically parallel to the storage capacitor C1 a timer 38 connected. This timer 38 consists of a parallel connection of a capacitor C3 and a resistor R2. This timer 38 is dimensioned so that after a period of a network period a predetermined lower voltage threshold is not reached yet. If after this time no recharging of the capacitor C3 of the timer 38 , the voltage on capacitor C3 continues to drop. This pending voltage on the capacitor C3 of the timer 38 is an undervoltage monitor 40 the drive circuit 20 fed. This is a positive connection 44 of the timer 38 with an input of undervoltage monitoring 40 electrically connected. If a lower voltage threshold is reached or undershot, the turn-off power semiconductor switch T1 is switched off due to undervoltage.

Damit der Kondensator C3 und der Speicherkondensator C1 voneinander entkoppelt sind, ist eine Entkopplungsdiode D2 vorgesehen. Damit sich die Spannung, die am Kondensator C3 des Zeitgliedes 38 und am Speicherkondensator C1, gleichen, ist ebenfalls zwischen Widerstand R1 und dem Kondensator C3 des Zeitgliedes 38 eine Entkopplungsdiode D3 angeordnet. Mittels jeweils des Zeitgliedes 38 können nun im Fehlerfall die oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1, T3 und T5 eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters 4 eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 abgeschaltet werden, ohne dass ein zusätzliches Abschaltsignal potentialgetrennt jeweils zu einer Ansteuerschaltung 20 der oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1, T3 und T5 geführt werden muss.Thus, the capacitor C3 and the storage capacitor C1 are decoupled from each other, a decoupling diode D2 is provided. This causes the voltage on the capacitor C3 of the timer 38 and at the storage capacitor C1, is also between resistor R1 and the capacitor C3 of the timer 38 arranged a decoupling diode D3. By means of each of the timer 38 can now in case of failure, the upper turn-off power semiconductor switches T1, T3 and T5 of a fundamental frequency clocked network-side converter 4 a voltage source inverter 2 be switched off, without any additional shutdown signal isolated each to a drive circuit 20 the upper turn-off power semiconductor switches T1, T3 and T5 must be performed.

Es muss aber in Kauf genommen werden, dass das Potential am Anschluss 30 gegenüber dem Potential des Pufferkondensators C2 um die Summe zweier Dioden-Durchlassspannungen niedriger ist. Bei der bekannten Ausführungsform der Spannungsversorgungs-Vorrichtung gemäß 2 ist dieses Potential nur um eine Dioden-Durchlassspannung niedriger.But it must be accepted that the potential at the connection 30 is lower than the potential of the buffer capacitor C2 by the sum of two diode forward voltages. In the known embodiment of the power supply device according to 2 this potential is only lower by one diode forward voltage.

Die 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung 20 jeweils eines oberen abschaltbaren Leistungshalbleiterschalters T1, T3 und T5 eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters 4. Gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich diese Ausführungsform dadurch, dass anstelle der beiden Entkopplungsdioden D2 und D3 ein Transistor 42, insbesondere ein pnp-Transistor vorgesehen ist. Der Emitter-Anschluss E dieses Transistors 42 ist einerseits mittels der Entkopplungsdiode D1 mit dem positiven Ausgangs-Anschluss 32 der Spannungsquelle und andererseits mittels des Widerstandes R1 mit dem positiven Anschluss 30 des Speicherkondensators C1 elektrisch leitend verbunden. Der Basis-Anschluss B dieses Transistors 42 ist mittels eines Widerstandes R3 mit diesem positiven Anschluss 30 des Speicherkondensators C1 elektrisch leitend verbunden. Der Kollektor-Anschluss C dieses Transistors 42 ist mit einem positiven Anschluss 44 des Zeitgliedes 38 verknüpft. Dieser positive Anschluss 44 ist, wie bei der Ausführungsform gemäß der 3 mit einem Eingang einer Unterspannungsüberwachung 40 verbunden.The 4 shows a second embodiment of the device for supplying power to a drive circuit 20 each one upper shutdown ba ren power semiconductor switch T1, T3 and T5 of a fundamental frequency clocked network-side converter 4 , Compared to the embodiment according to 3 This embodiment differs in that instead of the two decoupling diodes D2 and D3 a transistor 42 , In particular, a pnp transistor is provided. The emitter terminal E of this transistor 42 on the one hand by means of the decoupling diode D1 with the positive output terminal 32 the voltage source and on the other hand by means of the resistor R1 to the positive terminal 30 the storage capacitor C1 electrically connected. The base terminal B of this transistor 42 is by means of a resistor R3 with this positive terminal 30 the storage capacitor C1 electrically connected. The collector terminal C of this transistor 42 is with a positive connection 44 of the timer 38 connected. This positive connection 44 is as in the embodiment according to the 3 with an input of undervoltage monitoring 40 connected.

Fließt nun ein Nachladestrom, so fällt am Widerstand R1 eine Spannung ab, die den Transistor 42 leitend schaltet. Dadurch wird der Kondensator C3 des Zeitgliedes 38 parallel zum Speicherkondensator C1 geladen. Der Widerstand R3 dient zur Begrenzung des Basisstromes des Transistors 42. Sobald diese Kondensatoren C1 und C3 aufgeladen sind, fließt kein Strom mehr durch den Widerstand R1, so dass der Transistor 42 sperrt.If a recharging current now flows, then a voltage drops across the resistor R1 which is the transistor 42 conductive switches. This will cause the capacitor C3 of the timer 38 charged in parallel with the storage capacitor C1. The resistor R3 serves to limit the base current of the transistor 42 , Once these capacitors C1 and C3 are charged, no current flows through the resistor R1, so that the transistor 42 locks.

Der Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 besteht darin, dass im Versorgungspfad von der Entkopplungsdiode D1 über den Widerstand R1 zum Speicherkondensator C1 keine weitere Diode D2 sich befindet, die einen Spannungsabfall generiert und so die verfügbare Spannung am Speicherkondensator C1 reduziert. Somit entspricht die verfügbare Spannung am Speicherkondensator C1 der verfügbaren Spannung der Vorrichtung gemäß der 2.The advantage of this embodiment over the embodiment according to 3 is that in the supply path from the decoupling diode D1 via the resistor R1 to the storage capacitor C1 no further diode D2 is itself, which generates a voltage drop and thus reduces the available voltage at the storage capacitor C1. Thus, the available voltage at storage capacitor C1 corresponds to the available voltage of the device according to FIG 2 ,

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung oberer abschalt barer Leistungshalbleiterschalter T1, T3 und T5 eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters 4 eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 kann die kostengünstige Bootstrap-Schaltung verwendet werden, ohne dass für Fehlerfälle, insbesondere dem Fehlerfall ”motorseitiger Kurzschluss” wenigstens ein zusätzliches potentialtrennendes Bauelement verwendet werden muss.Due to the inventive design of the device for power supply of a drive circuit upper shutdown ble power semiconductor switch T1, T3 and T5 of a fundamental frequency clocked power converter on the mains side 4 a voltage source inverter 2 For example, the cost-effective bootstrap circuit can be used without having to use at least one additional potential-isolating component for faults, in particular the fault "motor-side short circuit".

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Claims (7)

Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung (20) oberer abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter (T1, T3, T5) eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters (4) eines Spannungszwischenkreis-Umrichters (2), wobei diese Vorrichtung einen Speicherkondensator (C1) aufweist, der elektrisch parallel zu Eingangs-Anschlüssen (26, 28) einer Ansteuerschaltung (20) und mit seinem positiven Anschluss (30) mittels eines Widerstandes (R1) und einer Entkopplungsdiode (D1) mit einem positiven Ausgangs-Anschluss (32) einer Spannungsquelle verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entkopplungsdiode (D2) elektrisch in Reihe zum Speicherkondensator (C1) geschaltet ist, dass elektrisch parallel zu dieser Reihenschaltung eine ein Zeitglied (38) bildende Parallelschaltung eines Kondensators (C3) und eines Widerstandes (R2) geschaltet ist und dass ein positiver Anschluss (44) des Zeitgliedes (38) mit einem Eingangs-Anschluss einer Unterspannungsüberwachung (40) der Ansteuerschaltung (20) verknüpft ist.Device for supplying power to a drive circuit ( 20 ) Upper turn-off power semiconductor switch (T1, T3, T5) of a fundamental frequency clocked power converter ( 4 ) of a voltage source inverter ( 2 ), which device has a storage capacitor (C1) which is electrically parallel to input terminals (C1). 26 . 28 ) a drive circuit ( 20 ) and with its positive connection ( 30 ) by means of a resistor (R1) and a decoupling diode (D1) with a positive output terminal ( 32 ) is connected to a voltage source, characterized in that a decoupling diode (D2) is electrically connected in series with the storage capacitor (C1) that electrically connected in parallel to this series circuit, a a timer ( 38 ) parallel circuit of a capacitor (C3) and a resistor (R2) is connected and that a positive terminal ( 44 ) of the timer ( 38 ) with an input connection of an undervoltage monitoring ( 40 ) of the drive circuit ( 20 ) is linked. Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung (20) oberer abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter (T1, T3, T5) eines grundfrequenz getakteten netzseitigen Stromrichters (4) eines Spannungszwischenkreis-Umrichters (2), wobei diese Vorrichtung einen Speicherkondensator (C1) aufweist, der elektrisch parallel zu Eingangs-Anschlüssen (26, 28) einer Ansteuerschaltung (20) und mit seinem positiven Anschluss (30) mittels eines Widerstandes (R1) und einer Entkopplungsdiode (D1) mit einem positiven Ausgangs-Anschluss (32) einer Spannungsquelle verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch parallel zur Reihenschaltung des Speicherkondensators (C1) und des Widerstandes (R1) eine Reihenschaltung eines Transistors (42) und eine ein Zeitglied (38) bildende Parallelschaltung eines Kondensators (C3) und eines Widerstandes (R2) geschaltet ist, wobei ein Steuer-Anschluss (B) dieses Transistors (42) mittels eines Widerstandes (R3) mit einem positiven Anschluss (30) des Speicherkondensators (C1) verknüpft ist, und dass ein positiver Anschluss (44) des Zeitgliedes (38) mit einem Eingangs-Anschluss einer Unterspannungsüberwachung (40) der Ansteuerschaltung (20) und mit einem Kollektor-Anschluss (C) des Transistors (42) verknüpft ist.Device for supplying power to a drive circuit ( 20 ) Upper turn-off power semiconductor switch (T1, T3, T5) of a fundamental frequency clocked power converter ( 4 ) of a voltage source inverter ( 2 ), which device has a storage capacitor (C1) which is electrically parallel to input terminals (C1). 26 . 28 ) a drive circuit ( 20 ) and with its positive connection ( 30 ) by means of a resistor (R1) and a decoupling diode (D1) with a positive output terminal ( 32 ) is connected to a voltage source, characterized in that electrically in parallel with the series connection of the storage capacitor (C1) and the resistor (R1) is a series circuit of a transistor ( 42 ) and a timer ( 38 ) is connected in parallel forming a capacitor (C3) and a resistor (R2), wherein a control terminal (B) of this transistor ( 42 ) by means of a resistor (R3) with a positive connection ( 30 ) of the storage capacitor (C1) is linked, and that a positive connection ( 44 ) of the timer ( 38 ) with an input connection of an undervoltage monitoring ( 40 ) of the drive circuit ( 20 ) and with a collector terminal (C) of the transistor ( 42 ) is linked. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitglied (38) derart bemessen ist, dass nach Ablauf einer Netzperiodendauer eine vorbestimmte Spannungsschwelle noch nicht unterschritten ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the timer ( 38 ) is dimensioned such that after the expiration of a network period a predetermined voltage threshold is not exceeded. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkondensator (C1) derart bemessen ist, dass eine an diesem Speicherkondensator (C1) anstehende Spannung für eine Zeitspanne einer Netzperiodendauer annähernd konstant ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage capacitor (C1) is such is dimensioned that at this storage capacitor (C1) pending voltage for a period of a network period approximately is constant. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung zwischen dem positiven Anschluss (44) des Zeitgliedes (38) und einem Verknüpfungspunktes des Widerstandes (R1) und der Entkopplungsdiode (D2) eine weitere Entkopplungsdiode (D3) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in a connecting line between the positive terminal ( 44 ) of the timer ( 38 ) and a connection point of the resistor (R1) and the decoupling diode (D2), a further decoupling diode (D3) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der positive Anschluss (30) mit einem Eingangs-Anschluss der Unterspannungsüberwachung (40) verknüpft ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the positive connection ( 30 ) with an input connection of the undervoltage monitoring ( 40 ) is linked. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Transistor (42) ein pnp-Transistor vorgesehen ist.Device according to claim 2, characterized in that as transistor ( 42 ) a pnp transistor is provided.
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